大发现！宇宙暴胀之谜已解决？答案或是大黄蜂引力导致的

图：如果科学家能够发现黑洞阴影小于现存物理理论预测的结果，那么，大黄蜂引力便可以得以验证。

长久以来，物理学家一直认为，宇宙在任何方向都是完全对称的，而现在，他们发现了论证这一假设的新方式：计算黑洞阴影。

如果黑洞阴影比当前物理理论预测的数据小一点，那么，我们便可以验证大黄蜂引力这一概念。这一概念提出，看上去完美对称的宇宙并不像我们认为的那样完美。

如果科学家可以发现这样一颗拥有较小阴影的黑洞，那么，我们便能够重新认知引力，并且，或许能够解释宇宙加速膨胀之谜。

为了更好的理解大黄蜂引力这一概念，还是让我们先理清一些基础概念。

照镜子

物理学家喜欢对称，毕竟，它有助于我们理解一些宇宙深处的秘密。例如，物理学家意识到，如果你开展一项基础物理学实验，无论你如何变动实验设备摆放的位置，你都会得到相同的实验结果。（也就是说，如果其他包括温度、重力等因素不变的情况，实验结果相同）

换句话说，无论你在宇宙何处开展实验，你都会得到相同的结果。我们通过数学逻辑表达式描述了这一概念，并形成了我们所知的动力守恒定律。

另一个例子：如果你在重复实验前稍等一会，你仍然会得到相同的结果。（再次说明，其他条件相同）。这一时间对称性又直接形成了能量守恒定律，也就是说，这一能量无法被创造也无法被破坏。

此外，另一个重要的对称性奠定了现代物理学基础，这便是为纪念物理学家亨德里克.劳伦茨而以其名字命名的“劳伦茨”对称。劳伦茨在20世纪初发现了这一对称性。借助这一理论，我们可以发现，无论你在何处何时开展实验，在条件不变的情况下，你都将得到相同的结果。你也可以用固定速度加强实验，但你仍会得到相同的实验结果。

换句话说，如果所有条件保持一致（是的，我一直在重复这一条件，这是因为这一条件非常重要），那么，无论你在任何地方开展一项实验，并以半光速的速度重复这一实验，你都将的想到相同的结果。

这便是劳伦茨发现的对称性：无论位置、时间、方向以及速度如何，物理定律都将保持一致。

那么，我们从这一基础对称原理中有何收获？对于初学者来说，我们收获了爱因斯坦的狭义相对论，提出了恒定光速，并解释了在时空中以不同速度漫游的物质。

大黄蜂引力

作为物理学元理论，狭义相对论是如此重要：如果你想构造关于宇宙如何运作的理论，你必须考虑狭义相对论规则。

又或者，不。

物理学家一直在努力建构新的物理学理论，这是因为包括描述物质如何扭曲时空的广义相对论以及粒子物理标准模型等既有理论无法解释宇宙中的所有现象，例如，黑洞中心发生了什么？而寻求新物理发现最刺激的地方便是，探索极端条件下，既有概念出现的不准确性，例如劳伦茨对称理论。

一些引力模型表明，宇宙并不是完全对称的。这些模型预测，宇宙中存在一些特殊物质，促使其无法一直遵循劳伦茨对称。换句话说，宇宙中或许存在一个特殊或者说特权方向。

这些新模型论述了“大黄蜂引力”假设。这一名称来自于科学家此前的一个设想，即他们曾经认为，由于大黄蜂的翅膀无法形成飞行所需的提升力，所以它并不会飞行。（顺便提一句，科学家并未相信这一设想）。我们还未完全明白这一引力模型如何运作以及如何与我们当前所知的宇宙相融合，但是，我们知道，它就在我们面前，以一种新物理学的形象供我们选择。

能够最大程度运用大黄蜂引力模型来解释的领域或许是暗能量领域，即有可能造成我们迄今所知的宇宙加速膨胀的物质。有迹象表明，打破劳伦茨对称的物质一定程度上与加速宇宙膨胀的有关。另一方面，由于我们并未明白何种物质创造了暗能量，这一可能性便显得更加令人着迷。

黑洞阴影

图：8座天文望远镜以及超过200位天文学家创造了这一前所未有的令人震惊的遥远黑洞图像。中心暗黑色圆圈便是黑洞阴影。

现在，你已经有了打破权威观点的新型引力理论，例如反对称性理论。那么，你又会在哪里验证这一理论呢？你最好是去重力被拉伸到绝对极限的地方去验证这一理论，也就是黑洞。在这项尚未进行同行评审并于2020年11月在线发布到预印本数据库arXiv的新研究中，研究人员正是这样做的，他们首先建立了模拟宇宙的逼真模型，此后，再聚焦于这一模型中的黑洞阴影，并对其开展研究。

（还记得一年前首次发布的M87黑洞图像吗？那便是出自视界望远镜之手。光圈中心令人难以忘怀的黑暗虚空便是黑洞阴影，该区域吸收所有来自背面和周围的光。）

为了使模型尽可能逼真，团队将黑洞置于加速膨胀的宇宙背景之中（正如我们所观测到的那样），并且调整了不对称程度，从而使其匹配科学家测量到的暗能量行为。

科学家发现，这一条件下，黑洞阴影会比正常宇宙世界中的黑洞阴影小10%，从而位科学家验证大黄蜂引力提供了清晰的路径。尽管当前M87黑洞图像是如此模糊，以至于难以清楚发现其差异，但是，科学家正在努力获取更多黑洞更清晰的图片，从而揭示宇宙进程中最深层次的奥秘。

BY: Paul Sutter

FY: 秋

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